Il y a souvent une confusion dans la signification des mots “ciment” et “béton”. Un ciment est un liant alors qu’un béton est un matériau composite résultant de l’ajout d’agrégats rocheux dans le ciment. Le ciment est vendu à des sociétés clients qui en font du béton.
Regardez le webinaire GRATUIT (durée 2 heures 15 min.) couvrant divers aspects de la science des géopolymères avec d’authentiques réelles applications, incluant un développement particulier sur les ciments et bétons géopolymères pour célébrer leurs commercialisations réussies (vidéo en anglais).
Le récent Article Technique n°24 dénonce les fausse valeurs des émission de CO2 publiés dans plusieurs articles scientifiques. Voir l’article en anglais “False CO2 values published in scientific papers”.
Le ciment géopolymère est souvent confondu avec l’activation alcaline du laitier, procédé développé depuis 1956 en Europe de l’Est par G.V. Glukhovsky. L’activation-alcaline, qui est généralement pratiquée avec des produits chimiques corrosifs (voir Utilisation Inoffensive ci-dessous), est exclusivement utilisé pour la fabrication de béton. Les matériaux par procédé d’activation-alcaline ne sont pas vendus séparément et ne sont pas vendus à des tiers comme ciments commerciaux. En revanche, la technologie géopolymère a été depuis le début orientée à la fabrication de liants et ciments pour différents types d’applications.
Une vidéo (en Anglais) explique les différences profondes existant entre l’activation alcaline et la géopolymèrisation. Allez à “Why Alkali-Activated Materials are NOT Geopolymers ?”
Pour plus de détails sur les ciments géopolymères à base de cendres volantes, voyez le livre récemment mis à jour Geopolymer Chemistry & Applications, chapitres 12, 24 et 25, et aussi les résultats du projet de recherche Européen GEOASH à la section suivante. Vous pouvez également aller à la Bibliothèque Géopolymère et télécharger plusieurs articles.
Seront développés dans cette section:
a) Le récent développement industriel des bétons géopolymères (100.000 tonnes et +)
b) Le concept de ciment géopolymère d’Utilisation Inoffensive, voir page suivante.
100.000 tonnes de béton Géopolymère pour l’aéroport + Eco-construction
Brisbane West Wellcamp Airport (BWWA), Toowoomba, Queensland, est le premier aéroport public en plein champ d’Australie à être construit en 48 ans. BWWA est devenu pleinement opérationnel avec des vols commerciaux exploités par QantasLink en Novembre 2014. Voir notre News datée du 14 Octobre 2014, 70.000 tonnes de béton géopolymère pour aéroport.
Ce projet marque une étape très importante dans l’ingénierie – le plus grand projet géopolymères en béton du monde. BWWA a été construit avec environ 40 000 m3 (100.000 tonnes) de béton géopolymère ce qui en fait la plus grande application de cette nouvelle classe de béton dans le monde. Le béton géopolymère développé par la société Wagners, connu sous le nom de Earth Friendly Concrete (EFC), est bien adapté à cette méthode de construction en raison de ses caractéristiques de haute résistance à la traction, à la flexion, à faible retrait et bonne maniabilité. Ce béton géopolymères à toute épreuve, de 435 mm d’épaisseur, utilisé pour le noeud de tournage, aire de stationnement et de voie de circulation des avions, accueille un lourd 747 cargo pour le trafic aérien régulier entre l’aéroport de Toowoomba-Wellcamp IBB et Hong Kong. Pour plus de détails techniques lire l’article par Glasby et al. (2015), EFC Geopolymer Concrete Aircraft Pavements at Brisbane West Wellcamp Airport, dans notre bibliothèque, article technique n°23 GP-AIRPORT. Technical Paper on Geopolymer Aircraft Pavement.
Visite du Prof. Joseph Davidovits à l’aéroport de Toowoomba-Wellcamp.
Le 3 Octobre, 2015, Joseph et Ralph Davidovits ont pris l’avion de l’aéroport de Sydney à destination de Toowoomba-Wellcamp-Airport, pour une visite à la société Wagners.
Visite du Prof. Joseph Davidovits’ au Global Change Institute, Brisbane, Queensland, Australie.
Le 7 Octobre 2015, Joseph et Ralph Davidovits accompagnés de Tom Glasby et Russell Genrich, de la société Wagners, ont roulé de Toowoomba à Brisbane. Notre News en date du 10 Décembre 2013, a été intitulé Première mondiale en béton géopolymère armé pour un bâtiment public. Il a introduit le premier bâtiment au monde à utiliser avec succès le béton géopolymères structurant pour le Global Change Institute, Université du Queensland, à Brisbane, Queensland, Australie. Le bâtiment de 4 étages, pour un usage grand public, comprend 4 les planchers suspendu en béton géopolymères comportant 33 panneaux préfabriqués. Ils sont fabriqués à partir de béton géopolymère à base de laitier/cendres volantes appelé Earth Friendly Concrete (EFC), une marque de Wagners pour leur forme commerciale de béton géopolymère.
Production de masse de ciment géopolymère
Au Geopolymer Camp 2009 à Saint-Quentin, France, Prof. Joseph Davidovits présentait une conférence sur le thème « Practical Problems on Mass Produced Geopolymer Cement ». Quels sont les éléments clés et les impasses ? Que faire pour que le ciment réduise ses émissions de CO2 de 60 à 80% ?
Ciment géopolymère Pyrament®
En 1991, le monde a été impressionné par la rapidité avec laquelle l’US Air Force a géré la construction et l’équipement d’aéroports temporaires militaires dans le désert d’Arabie Saoudite pendant la Guerre du Golfe. Une des raisons de cette efficacité peut résulter de l’application par l’ingénierie de l’US Air Force d’un tout nouveau ciment très dur a prise rapide et à haute performance, le Pyrament®. Source: Rapport de l’US Air Force Command et brochure Pyrament
La compagnie cimentière américaine, Lone Star Industries, a présenté ce ciment exceptionnel en 1988. Il résulta d’une collaboration unique qui commença en 1983 entre le centre de recherches de Lone Star Industries à Houston, Texas, et l’Institut Géopolymère. La chimie des géopolymères, en particulier le système basé sur les Poly(sialate-siloxo), améliore les propriétés du ciment Portland et du béton normal. Dans le livre récemment mis à jour Geopolymer Chemistry & Applications plusieurs chapitres sont consacrés au ciment et béton géopolymère à base de métakaolin, de matériaux minéraux, ce cendre volante, voir les chapitre 8, 9, 10, 11, 12, 24 et 25. Vous pouvez aussi télécharger des articles à la Bibliothèque Géopolymère.
Le ciment Pyrament® est le matériau idéal pour la réparation de pistes de décollage et d’atterrissage, des plaques de béton industriel, des routes et autoroutes. Pour une piste d’avion, un durcissement de 4-6 heures est suffisant pour permettre l’atterrissage d’un Airbus ou d’un Boeing. Le ciment géopolymèrique a atteint une résistance de compression de 20 Mpa après 4 heures, tandis que le béton normal n’arrive à cette résistance qu’après plusieurs jours.
Le ciment Pyrament® est reconnu dans l’industrie de la construction et des BTP pour sa capacité à gagner une très haute résistance rapidement. À partir de l’automne 1993, le béton à base de Pyrament a été utilisé dans plus de 50 équipements industriels aux États-Unis, 57 installations militaires aux États-Unis et 7 dans d’autres pays et des aéroports civils. En 1994, le Corps d’Ingénieur de l’armée des États-Unis a sorti une étude bien documentée sur les propriétés du ciment et des bétons à base de Pyrament, qui ont des performances que n’avaient jamais atteintes les bétons de haute qualité (Performance of Concretes Proportioned with Pyrament Blended Cement, by Tony B. Husbands, Philip. G. Malone, Lilian D. Wakeley, US Army Corps of Engineers, Final Report CPAR-SL-94-2, April 1994).
Si nous comparons au microscope la structure du béton fait avec du ciment normal et un autre échantillon fait avec du Géopolymère, nous remarquons que le ciment normal est un entassement dur de grains de matière. Cela cause des fentes et des faiblesses. En face, le ciment géopolymère (en noir), est lisse et homogène. Cela lui fournit, en fait, des caractéristiques supérieures.
Béton normal (gauche) / Béton géopolymère (droite)
En 1996, Lone Star Industries a définitivement arrêté la commercialisation du Pyrament, non pour des raisons techniques, mais plutôt parce que la compagnie a dû faire face à une crise financière sévère qui n’a aucun rapport avec le développement de l’affaire innovatrice du Pyrament.
Ciment géopolymère d’Utilisation Inoffensive (User-Friendly)
Bien que la géopolymérisation ne dépend pas de solvants organiques toxiques mais juste de l’eau, elle a besoin d’ingrédients chimiques qui peuvent être dangereux et donc requiert des procédures de sécurité. Les règles de sécurité des matériaux classent les produits alcalins en deux catégories:
- produits corrosifs
- produits irritants
Les deux classes sont reconnaissables par leurs étiquettes respectives ci-dessous.
Le tableau liste quelques ingrédient chimiques alcalins et leurs étiquettes de sécurité. Les produits corrosifs doivent être manipulés avec des gants, des lunettes et des masques. Ils sont d’une Utilisation Agressive et ne peuvent pas être intégrés dans les applications de masse sans une procédure de sécurité adéquate. Dans la seconde catégorie, on trouve le ciment Portland et la chaux hydraulique, des produits en masse typiques. Les mélanges géopolymériques appartenant à cette classe peuvent être appelés d’une Utilisation Inoffensive.
Quand nous avons démarré la recherche sur les ciments géopolymères, nous avons décidé de sélectionner les conditions alcaline d’Utilisation Inoffensive. Les produits (résines, liants et ciments) (Na,K,Ca)-Poly(sialate-siloxo) et K-Poly(sialate) ont un ratio molaire démarrant à SiO2:M2O de 1.45 à 1.85. Malheureusement, cela n’est pas suivi par d’autres scientifiques et techniciens impliqués dans le développement des soit-disant ciments par activation alcaline, tout spécialement ceux à base de cendres volantes, avec un ratio molaire en moyenne inférieur à 1.0. Ayant uniquement en vue une considération de production à bas coût, mettant de côté les problèmes de sécurités d’Utilisation Inoffensive, ils proposent des systèmes basés sur du pur NaOH (8M ou 12M). Par exemple, dans l’article “State of the Art” sur les ciments par activation alcaline, improprement nommé geopolymer technology, publié en 2007, plusieurs scientifiques affirment que le pur système NaOH doit être considéré comme la référence pour les ciments à base de cendre volante (voir: Duxson P., Fernandez-Jimenez A., Provis J.L., Lukey G.C., Palomo A. et van Deventer J.S.J., Geopolymer technology: the current state of the art, J. Mater. Sci., 42, 2917-2933, 2007). Ce sont des conditions d’Utilisation Agressive pour l’ouvrier ordinaire employé sur le chantier. Sur les différences importantes entre activation alcaline et géopolymérisation, voir la vidéo en langue anglaise Why Alkali-Activated Materials are NOT Geopolymers ?
Enfin, les entreprises refusent de supporter la responsabilité et de payer des polices d’assurances élevées basés sur de tels procédés dépassés. En effet, les lois, règlements, et directives d’État poussent au respect de protections plus importantes pour la santé et de protocoles de sécurité pour la sûreté des travailleurs. Plus de détails sur les ciments géopolymères à base de cendre volante à la page GEOASH, un projet dont l’objectif était de développer un procédé réellement industriel avec ces contraintes en tête.
